CN104049474B - 一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，所述的方法在照明系统经扩束后由光纤引入光路，经过聚光镜均匀照明标记光栅，标记光栅经第一远心成像系统，再由棱镜成像在硅片表面，被反射后经过棱镜，第二远心成像系统；通过分光棱镜将光路分成两支，两支光路结构相同，每支光路都通过横向剪切板，平行平板形成干涉图样和目标像由检测光栅调制，经过检偏器，再由光电探测器和电路解调，硅片焦面位置的移动引起调制光强发生正弦变化，根据两支光路光强的正弦变化，求出标记光栅相位变化，确定标记光栅像的平移量，从而求出焦面位置的变化量。

Description

一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法

技术领域

本发明属于投影光刻设备领域中的光栅检焦技术，具体涉及投影光刻中的纳米检焦方法，属于超大规模集成电路制造及光学微细加工技术中的纳米器件制造技术领域。

背景技术

随着大规模及超大规模集成电路的不断发展，应用大数值孔径投影光刻物镜和短波长曝光光源，使得投影光刻分辨力不断突破。同时，为了降低生产成本和提高生产效率，硅片尺寸已经从传统的2，4inch(1inch＝2.54cm)过度到8，12inch，甚至超大面积曝光。分辨力的提高直接导致有效焦距的急剧下降；另外，硅片尺寸的增大又带来了曝光面积的大幅增加，从而导致离焦量的进一步恶化，同时，其他离焦误差源(硅片的翘曲，衬底的地形，抗蚀剂自身的厚度等)并未减小，这都使得调焦裕量大幅度萎缩，更是对检焦系统提出纳米量级高精度检测的苛刻要求。

针对检焦精度要求较低的情况，大多采用结构原理较为简单的狭缝光度式焦面检测方法，可以满足亚微米量级精度要求的场合，而针对纳米量级的焦面检测，发展了激光干涉检焦技术、基于泰伯效应的叠栅条纹法以及光弹调制法。激光干涉检焦技术不能抑制硅片工艺层引起的薄膜干涉；激光干涉检焦技术、泰伯效应的叠栅条纹以及光弹调制法都非常容易受环境的影响且后端的解调电路复杂。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明的目的是提供一种简单的，高效率，纳米级的高精度检焦方法。

为了实现所述目的，本发明提供一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，技术放案包括照明系统经扩束后由光纤引入光路，经过聚光镜均匀照明标记光栅，标记光栅经第一远心成像系统，再由棱镜成像在硅片表面，被反射后经过棱镜，第二远心成像系统；通过分光棱镜将光路分成两支，两支光路结构相同，每支光路都通过横向剪切板，平行平板形成干涉图样和目标像由检测光栅调制，经过检偏器，再由光电探测器和电路解调，硅片焦面位置的移动引起调制光强的发生正弦变化，根据两支光路光强的正弦变化，求出标记光栅相位变化θ，确定标记光栅像的平移量ΔX，从而求出焦面位置的变化量ΔZ。

进一步的，所述一支光路的检测光栅的光强分布为:I₁＝A₁sin(θ)，另一支光路的检测光栅的光强分布为:I₂＝A₂sin(θ+Δθ)。其中I₁，I₂为得到的光强分布，A₁，A₂为交流幅值，A₁＝A₂；θ为焦面位置移动引起标记光栅的相位变化，Δθ为两支光路的相位差(Δθ＝90度)。

进一步的，所述两检测光栅的周期应相等，且标记光栅的周期应等于两检测光栅的光栅周期。

进一步的，所述两支光路的平行板可调两支光束的相位差Δθ。

进一步的，所述第二成像系统由透镜，起偏器，光弹调制器组件，透镜构成。

采用本发明的一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，分光棱镜将光路分成两支，调整平行平板使两支光路的相位相差90度，根据正余弦求出标记光栅的相位变化θ，进而求得焦面位置的变化量Z，控制压电台运动达到最佳焦面位置。在远心成像系统中加入光弹调制器组件，相当于增加一个高频载波，大大加强焦面检测的抗干扰和抗噪声能力。该方法通过相对较为简单的结构和数据处理提供了高精度、高稳定性的测量精度和理想的测量范围。

附图说明

图1为光刻机结构示意图；

图2为检焦测量模型图；

图3为本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为光刻机结构示意图，其中投影物镜2将掩模1上的信息投影到硅片4上；3为纳米检焦系统，用来探测硅片的上表面相对于投影物镜最佳焦平面的相对位置。5为承放硅片的工件台。

图2为检焦测量模型示意图，采用三角测量原理，将硅片Z向位移变化转化为标记光栅像在探测系统中的横向位移ΔX，通过对ΔX进行检测，实现检焦。

$\mathrm{\ΔX}=\mathrm{\ΔZ}\frac{\sin 2\mathrm{\γ}}{\sin \mathrm{\γ}}$

式中π/2-γ是入射角。

图3为检焦系统的主体结构示意图，从照明系统1输出的光学经扩束后由光纤引入光路，经过聚光镜2均匀照明标记光栅3，标记光栅3像经过由透镜4和5组成的第一远心成像系统后，，再由棱镜6成像在硅片7表面(入射角83度)，被反射后经过棱镜8以及由透镜9，起偏器10，光弹调制器组件11，透镜12组成的第二远心成像系统后，通过分光棱镜13将光路分成两支。在第二远心成像系统中加入光弹调制器组件11相当于增加一个高频载波，增加系统的抗干扰和抗噪声的能力。由分光棱镜13分成的两支光路结构相同，能量也相同。一支光路通过横向剪切板131把衍射光分切为偏振方向相互垂直的O光和E光，形成两组相互错位的正弦分布光束，通过平行板132形成干涉图样和目标像经由检测光栅133调制，经过检偏器134，聚光镜135，硅片7焦面位置的移动引起调制光强的正弦变化，再由光电探测器136；另一支光路通过横向剪切板141把衍射光分切为偏振方向相互垂直的O光和E光，形成两组相互错位的正弦分布光束，通过平行板142(可调相位差，使两支光路的相位差90度)形成干涉图样和目标像经由检测光栅143调制，经过检偏器144，聚光镜145，硅片7焦面位置的移动引起调制光强的正弦变化，通过光电探测器146；光电探测器136和光电探测器146出来的光强变化再经由电路解调，由AD采集卡传送到PC。根据AD采集到的光强的正余弦变化，求出标记光栅3相位变化θ，确定标记光栅3像的平移量ΔX，从而求出焦面位置的变化量ΔZ。

两支光路的光强分布用下式来表示：

I₁＝A₁sin(θ)；I₂＝A₂sin(θ+Δθ)

式中I₁，I₂为AD数字采集卡得到的两光路的光强值。A₁，A₂为交流幅值，A₁＝A₂；θ为焦面位置移动引起的标记光栅的相位变化，Δθ为两支光路的相位差。

在工作过程中，通过调整平行平板132和平行平板142使之相差90度，I₂＝A₂cos(θ)。从而可求出标记光栅3的相位变化标记光栅3的像的平移量ΔX＝P*θ/2π，P为标记光栅3的周期，在系统中标记光栅3的周期应和检测光栅133，检测光栅143的周期应相等。最后由三角原理，求出焦面位置的变化ΔZ。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (5)

1.一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，其特征在于：该方法按照入射光的传播方向包括照明系统光束经扩束后由光纤引入光路，经过聚光镜均匀照明标记光栅，标记光栅经第一远心成像系统，再由棱镜成像在硅片表面，光束在硅片表面被反射后经过棱镜，第二远心成像系统；通过分光棱镜将经过第二远心成像系统的光路分成两支，两支光路结构相同，每支光路都通过横向剪切板，平行平板形成干涉图样和目标像由检测光栅调制，经过检偏器，再由光电探测器和电路解调，硅片焦面位置的移动引起调制光强发生正弦变化，根据两支光路光强的正弦变化，求出标记光栅相位变化θ，确定标记光栅像的平移量△X，从而求出焦面位置的变化量△Z。

2.根据权利要求1所述的一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，其特征在于：一支光路的检测光栅的光强分布为:I₁＝A₁sin(θ)，另一支光路的检测光栅的光强分布为:I₂＝A₂sin(θ+△θ)，其中I₁，I₂为得到的光强分布，A₁，A₂为交流幅值，A₁＝A₂；θ为焦面位置移动引起标记光栅的相位变化，△θ为两支光路的相位差，△θ＝90度。

3.根据权利要求1所述的一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，其特征在于：两检测光栅的周期相等，且标记光栅的周期等于两检测光栅的光栅周期。

4.根据权利要求1所述的一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，其特征在于：两支光路的平行平板可调两支光束的相位差△θ。

5.根据权利要求1所述的一种叠栅条纹相位解析的纳米检焦方法，其特征在于：第二远心成像系统由透镜，起偏器，光弹调制器组件，透镜构成。